Способ управления процессом графитации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7 Р 1906 В Я ТОРСКОМУ СВИ ЬСТВУ 19родный заводУкраины.И, Кваша пьство ССС /04, 1979, ПРОЦЕССО 1 тся управления реимущественно прямого нагреповышение каМы ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИ(57) Иэобреаепроцессом пв электриче хва. Цель и 801312074 чества графитируемой продукции. Существо изобретения заключается в том,что непрерывно сравнивают ток илинапряжение печи, сравнивают их с пре-.дельно допустимыми значениями токаили напряжения. При достижении однимиэ параметров своего заданного значения ограничивают тактовое приращение напряжения на следующий интер"вал времени. При дальнейшей работепечи в случае снижения тока или напряжения печи ниже предельного значения в конце такта осуществляют тактовое увеличение подводимой мощностина заданную по программе величину.4 ил312074 Составитель А. Абросимоведактор Н. Рогулич Техред Л,Сердюкова Корректор И Демчик кая 193 ис Кое го комитета СССРй и открытий д. 4/5 иэводственно-полиграФическое пре-,приятие г. Ужгород,проектная 3/23 Тираж ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Москва, Ж1 1 З 120Изобретение относится к способам управления тепловым объектами, может быть применено для управления электрическим режимом в электрических печах, например в электродном производстве при управлении процессом графитации в электрических печах сопротивления прямого нагрева и является усовершенствованием способа по авт.св. В 806600. 10Цель изобретения - повьппение качестве графитируемой продукции,На фиг. 1 представлена блок-схема устройстна, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - графики измерения напряжения, мощности, количества электроэнергии во времени; на фиг, 3 - заданный и реальный графики подъема мощности; на фиг. 4 заданный и реальный графики изменения расхода электроэнергии.Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из датчика 1 подводимого напряжения, датчика 2 количества электроэнергии с начала процесса и датчика 3 количества электроэнергии за интервал, задатчика 4 количества электроэнергии за интернал, задатчика 5 приращений за интервал, устройства 6 сравнения, вы- З 0 числительного устройства 7, устройства 8 управления эадатчиком количества энергии за интервал, переключателя 9 заданного приращения расхода эа интервал, устройства 10 управления ис полнительным механизмом 11 и устрой" ства 12 сравнения подводимого напря-. жения (О ,) с предельно допустимым К), у которого две уставки величин - предельно допустимого 0 и предельно опасного Б Способ осуществляют следующим образом.Устанавливают экспериментально временной график мощности поднодимой к печи, в основе которого лежит получение изделий высокого качества, большой выход годной продукции и относительно невысокие удельные расходы эЛектроэнергии. Непрерывно измеряют качестно израсходованной электроэнергии с начала процесса н за каждый интервал и подводимое к печи напряжение, 55ниями соответственно графику вводимой мощности,Если напряжение не превышает предельно допустимую величину, измеряют периодически через интервалы времени количество израсходованной за интеруактвал электроэнергии Яфи сран 1нивают его с заданным соответственно графику мощности количеством электроэнергии Я,за интервал. ПричемЪС1заданное соответственно графику .мощ" ности количество израсходованной электроэнергии эа каждый 1-й временной интервал находят по формуле заф, р;+ р,0 - Т 2 фпродолжительность временногоинтервала;значение заданной мощностисоответственно графику мощности в начале 1-го интервала;значение заданной мощностисоответственно графику мощности в конце -того временного интервала. где Т -Рк Затем для обеспечения подводимого к печи в течение последующего временного интервала количества электроэнергии, равного скорректированномуЗаА,скзначению Ц , , изменяют величину напряжения, поднодимого к печи, по формуле ЦдокЬ 0 =(1поА Исходя из разности величин корректируют заданное количество электроэнергии для последующего интервала.Зад.СС Скорректированную величину Я;, для последующего (+1)-го временного интервала находят как разность между заданным значением количества электроэнергии для последующего (1+1) -го интервала соответственно графику мощ 1 аДности Я;+, и разностью между фактическим зйачением количества электсракТроэнергии (и скорректированным1заданным значением количества электро" энергии в измеряемый момент времениЗфД О= - (ц, -ц,зад,скзад акт зад ск )(9) аоод - ЬПнод)"0".,д -2 Ппод аоод + можно исключить из этого выражения значение (йПод ) как незначительную величину, на три порядка меньшую величину, посколько на практике ЬПо 6 0,05 0,.Подставляя выражения (8) и (7) иэ которых можно вычислить вод,скАП д ( 1 в. )под 2 рат ф или для удобства решения в вычислительном устройстве, выразив величи- ну получают математическое выражениедля определения величины изменениянапряжения, необходимого для обеспечения подвода к печи в течение последующего (д+1)-го временного интервала количества электроэнергии, равного скорректированному значениюл фад скчь зад скаоод Я+) оод 2 зад зад.ск зад.,-, +,Формула (4) выводится из условий Кгде П - приращение напряжения,подобусловившего появлениепревьппения фактическогоприращения расхода за интервал относительно эаданрост яаного Ь = Я, -ьЦ,Разделив выражения и преобразовав(9) и (10), получают формулу (4),На реальном объекте способ осуществляется следующим образом.,В печь графитации загружают заготовки электродов диаметром 300 мм. 5 Ю 15 20 25 ЗО Заготовки пересыпают по всему объему печи электропроводящим материалом. Общая загрузка около 70 т.Согласно графика для заданной загрузки начальная мощность устанавливается 1500 кВт, приращения мощности в первой, второй и третьей температурных зонах задаются соответственно по 300, 500 и 2000 кВт ч.Общий расход электроэнергии на кампанию задается 300000 кВт ч, по трем зонам (нарастающим итогом) 23000, 107000, и 300000 кВт ч. Плановая продолжительность графитации 48 ч. Предельно допустимое напряжение в короткой сети трансформатор - печь 300 В,Длительность интервала 15 мин. При такой длительности интервала приращения расходов электроэнергии за интервал, соответствующие заданным часовым приращениям мощности, составляют соответственно для первой, второй и третьей зон соответственно 185, 312,5 и 300 кВтч.С начала кампании в течение 8,35 ч (длительность первой зоны) процесс проходит с нарастанием мощности до 4000 кВт по алгоритму без ограничивающего параметра. Измеряют и сравнивают расходы электроэнергии эа интервалы заданные с началом процесса. Измеренное напряжение сравнивают с предельно допустимым. Исходя иэ разности сравниваемых величин расхода электроэнергии эа интервал корректируют задание на очередной интервал и в зависимости от него изменяют подводимое к печи напряжение.Через 4 ч с начала второй эоны (12,35 ч с начала кампании) в результате непрерывного подъема подводимого к печи напряжения (увеличения фактически вводимой мощности) напряжение, измеренное в конце интервала, превышает 300 В, в результате чего дальнейший подъем мощности увеличением напряжения не реализуется, так как в противном случае был бы пробой изоляции. Управление процессом осуществляют путем определения фактического приращения и сравнения его с заданным эа интервал. Величина измеренного приращения устанавливается меньше заданной. Так как Фактическое приращение расхода электроэнергии за интервал равно 100 кВт . вместо заданного 125 кВт ч, на велиииу отставания прифактическое время графитациисоставляет 50 ч, что на 2 ч больше заданного. Реальный график процесса после 18,35 ч с начала кампании сдвинут, параллельно заданному, с соблюдением заданных температурых градиентов. Этот процесс графически представлен на фиг. 3, где показаны заданный (кривая 1 ) технологом и реальный (кривая 2) графики подъема мощностей в печи графитации. 50 131207ращения от заданного (25 кВт ч) смещают график программы вниз. Операционно это осуществляется следующим образом. Задание расхода на следующий интервал определяется как сумма измеренного фактического расхода в текущем интервале плюс заданное программой приращение за интервал. Поскольку фактические приращения расходов за интервал в течение 24-х ин О тервалов (6 ч) меньше заданного на25-55 кВт ч, фактический расход электроэнергии за интервал отстает от заданного на 800 кВтч, т.е. составляет 3700 кВт ч вместо заданного 4500 кВт ч начальным графиком программы. По мощности это составляет отставание на 5200 кВт ч.Через 6 ч после появления ограничивающего параметра сопротивление печи снижается настолько, что при ,этом предельно допустимом значении напряжения приращение за интервал оказывается больше заданного программой для второй зоны. Напряжение в пе 25 чи уменьшается. После снижения его до 295 В последующий интервал (задание скорректированного расхода за интервал) определяют по формуле (2). Количество электричества, израсходованного на данный момент времени, с начала кампании 90000 кВт ч, что соответствует второй температурной зоне, в которой приращение й 1= - 31,25 кВтч. Изменение величины за данного приращения за интервал осуществляют после того, как израсходуют (с начала кампании) 107000 кВтч, что означает переход в очередную (третью) температурную зону. так как 40 в дальнейшем сопротивление керна печи продолжает интенсивно снижаться, дальнейшее управление сводится к подражанию заданных расходов электроэнергии за интервалы по алгоритму, предшествовавшему появление ограничивающего параметра. 74 8На фиг. 4 представлен график (кривая) изменения расхода электро. энергии, заданный технологом, в соответствии с графиком подъема мощнос ти и реальный график (кривая е ) на участке с ограничением по напряжению. В этих интервалах постоянные сдвиги программы с 1 й 2 определяют как разницу между заданным приращением за интервал и фактическим1 с+2 фв конце (1+3) -го интервала измерентекное значение ЬЯ оказывается бользад 1+ше АЯ , поэтому подводимое напряжение для последующего (д+4)-го интервала снижают в соответствии с формулой (4) в случае наличия ограничения по напряжению.Если к этому моменту по каким-то причинам напряжение равно или меньше предельно допустимого, для последующего интервала изменение напряжения осуществляют по формулам (2) и (3). Вид скорректированных в интервалах (+1)-го и (1+2)-го графиков программы показан пунктиром в виде ломанных смещенных ступенек (кривая) исплошных,.Скорректированный график програм- мы (кривая Ж ) является в дальнейшем на весь оставшийся период процесса новым программным заданием, сдвинутым относительно первоначального (кривая) на общую постоянную величину отставания процесса потребления электроэнергии, равную сумме измеренных отставаний расходов за интервалы (+1) и (1.+2)-й, т.е. Нее= Й,+ Й.Устройство работает следующим образом.Перед началом работы в вычислительное устройство 7 и датчик 2 общего расхода электроэнергии с начала процесса вводится программа, содержащая заданный график мощности (расход электроэнергии за интервал) и алгоритм необходимых вычислений. Подвод заданной мощности в печь (расхода за интервал) осуществляется поддержанием при помощи исполнительного механизма 11 соответствующего значения напряжения Б(р), начиная с начальной точки А заданного графика подъема мощности (фиг. 4). Датчик 1,3120/4 измеряет подводимое к печи напряжение, датчики 2 и 3 регистрируют коли чество израсходованной энергии с начала процесса и за интервал соответственно. Сигнал с датчика 2 в соответствии с введенным программой значениями расходов на зону и кампанию электроэнергии с начала процесса поступает в вычислительное устройство 7,определяя тем самым границы температурных зон процесса графитации и заданные значения приращений расходовза интервал по участкам. Сигнал сдатчика 3, соответствующий фактическому значению количества электроэнергии в интервале, поступает в устрой" ство 6 сравнения. В моменты времени, соответствующие границам временных интервалов, сигнал заданного прира" щения расхода электроэнергии за интервал датчика 5 через переключатель 9 поступает на вход задатчика 4, где,суммируясь с очередным значением задания расхода за предыдущий (-1)-йинтервал, формирует сигнал заданногозначения расхода электроэнергии натекущий (-ппп) интервал. Сигнал свыхода задатчика 4 поступает на устройство 6 сравнения, которое выдаетсигнал, пропорциональный разностисравниваемых наклопленных за текущийинтервал величин Фактического расхода электроэнергии и заданного а также определяется соотношение текущегои заданного приращений расходов элек троэнергии за интервалы, Эти сигналы с выхода устройства 6 сравнения поступают на вычислительное устройство 7 на другие входы которого подаются сигналы с выхода датчика 1 подводимо го напряжения и устройства 12 сравнения подводимого напряжения с предельно допустимым.В соответствии с заданным графиком мощности (расход за интервалы) и алгоритмами необходимых вычислений вычислительное устройство 7 определяет величинуО; по Формуле (2)уз,ь,ски величину измен"-ния Ь Б аоА напряжения, подаваемого на печь - по формуле (3).Сигнал с вычислительного устройства 7, пропорциональный величине изменения напряжения Ь 0, поступае на устройство 10 управлении исполнительным механизмом 11, который изменяет подводямое к печи напряжение, а следовательно, мощность и расход за интервал. 10Вычислительным устройством 7 вырабатывается также сигнал, пропорциональный скорректированному значениюколичества электроэнергии в концепоследующего временного интервала,который поступает на устройство 8управления, устанавливающее задатчик4 количества электроэнергии в соответствующее положение. После выпол 10 нения операций сравнения, вычисленияи выработки команды управления. награнице начала следующего интерваладатчик 3, измеряющий текущий расход,сбрасывается в исходное (нулевое)15 состояние, а задание на очереднойинтервал вводится ступенькой в видеприбавления заданного приращения Ь(,через переключатель 9 в счетчик задатчика 4, хранящий информацию о за 20 данном расходе на предыдущий интервал,Поэтому график заданных расходовэлектроэнергии (фиг 2) представленв виде точек, ординаты которых выра 25 жают числовые дискретные значения заданных расходов Я , Я,ад задабсциссы этих точек определяются конечными границами интервалов (-1),и (х+1) -й.30 Траектория изменения заданных ве"личин расходов показана (фиг, 2) ввиде ступенчатой линии с быстрымискачкообразными переходами(за О,1 с)на границах ичтервалов в новое значе 35 ние задания для последующего интервала, На фиг. 2 изображен график текущего значения на величину Бвпроцессе выработки в устройстве управляющего воздействия. В 1-м интеруакг40 вале текущий расход . . Я; за1 Задинтервал превьпаает заданный Я;, поэтому согласно формуле (3) вычислительное устройство 7 вырабатываетсигнал на снижение напряжения на ве" личину 11.Устройство так работает до тех пор, пока с сравнивающего устройства 12 не поступит сигнал о превьппенин напряжения 11предельно допустимого Бв вычислительное устройство 7, Если это превьппение достигается в конце интервала и сохраняется до конца, вычислительное устройство 7 с момента появления сигнала с датчика 2 меняет алгоритм работы следующим образом,С вычислительного устройства 7 сигнал через устройство 8 управления устанавливает переключатель 9 в поло 1312074 12жение, блокирующее ввод задания с устройства 5, С устройства 6 по перФому выходу в вычислительное устрой.ство 7 поступает сигнал, характеризующий соотношение текущего приращера кт ьа А ния с заданным. Если ЬЦ, ) ЬЯ; с вычислительного устройства на устройство управления 10 поступает сигнал на уменьшение напряжения по формуле (4) . Если же ЬЯ 1." с д (,д, 10с второго выхода устройства б сравнения в вычислительное устройство 7 поступает сигнал, переключающий работу вычислительного устройства. Последнее из устройства 6 через уст ройство 8 пропускает импульсы превышения фактического расхода за интервал относительно зафиксированного в задатчике 4 значения заданного расхода на завершенный интервал, т.е. с 20 момента равенства значений фактического расхода (число в датчике 3) числу в задатчике 4, дальнейшее увеличение значения числа в датчик 3 через устройства 6-8 поступает на задатчик 4 в виде текущего приращения. Иначе говоря, в датчике 3 и задатчике 4 числа синхронно увеличиваются на величину текущего приращения, определяемого в устройстве 6.Этот процесс синх рониого увеличения значения задания в задатчике 4 по фактическому превышению расходов за интервал продолжается в каждом интервале до тех пор, .пока не возникает условие ь Я" ьЯ" 351+1 11это значит, что в конце каждого интервала график задания расходов на следующий интервал смещается вниз относительно предыдущего (экстраполированного на все последующие интервалы) 40ракттекна величину ЬЯ Р. ) Ь Я;. Это видно на фиг. 4, из которой следует, что заД тек 1 Ы 1+ зад тек= ЬЯ1+1 45Это условие определяется устройством 6 сравнения, на один вход которого поступает сигнал заданного приращения расхода за интервал с задатчикарокт 5. С момента превышения ЬЦ;+ хотя бы 50ъаД на один импульс значения ЬГ син 1+ хронное увеличение задания в задатчике 4 прекращается, а вычислительное устройство по команде с первого выхода устройства б переключает через 55 устройство 10 управления исполнительный механизм 11 в направлении снижения напряжения, 11 оследнее снижается, после чего снимается с входа вычислительного устройства 7 сигнал ограничивающего фактора, т.е. на выходе устройства 12 сравнения исчезает сигнал, характеризовавший равенство 1-1 под ПорВычислительное устройство 7 переключается в режим заданного программой управления, так как переключает устройство 8, через который снимается запрет в переключателе 9. Через этот блок переключения заданных приращений в конце текущего интервала вводится в задатчик 4 расхода электьа 1 роэнергии заданное приращение Ь Ч на задатчике 5. Последний формирует задание с учетом величины общего расхода электроэнергии, измеренного в начале кампании датчиком 2. В этом блоке программой ранее введены граничные значения расходов электроэнергии зон.Дальнейшее управление идет по заданной программе, как до появления ограничивающего параметра, Если же по какой-либо причине подводимое напряжение к печи превышает значение прео дельно опасного напряжения Уп , на втором выходе устройства 12 сравнения появляется сигнал, воздействующий через устройство 10 управления на исполнительный механизм 11 в направлении снижения напряжения до соотношеония Бор ) 1.1 и о д 3 1.1 прВ дальнейшем работа устройства аналогична описанному при появлении ограничения Б подФормула изобретенияСпособ управления процессом графитации по авт,св. У 806600, о т л и. ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества графитируемой продукции, непрерывно измеряют ток или напряжение печи, сравнивают их с предельно допустимыми по технологии значениями, при достижении током или напряжением своего предельного значения ограничивают тактовое увеличение, напряжения на следующий интервал времени, при последующем снижении тока или напряжения печи ниже предельного значения в конце такта осуществляют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину.